闪锌矿氧化氨浸行为探讨范文

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摘要：在NH3－（NH4）2SO4体系中，采用氧化氨浸出工艺研究了不同氧化剂（Na2S2O8和BaO2）对闪锌矿氧化氨浸行为的影响。结果表明，在110℃、常压、总氨浓度4mol／L、［NH3］／［NH＋4］＝5／3、转速500r／min、液固比25、粒度0．063mm、浸出时间4h的条件下，以Na2S2O8和BaO2为氧化剂时，锌浸出率分别为28．4％和82％。

关键词：闪锌矿；氧化氨浸；NH3－（NH4）2SO4体系；Na2S2O8；BaO2

在闪锌矿氧化氨浸过程中，氧化剂的添加可以有效促进闪锌矿的溶解，从而提高锌的浸出率。在高温高压下，氧气氧化氨浸出工艺在处理硫化矿中已经取得了一定的成功［1－4］。近几年，闪锌矿在常压条件下的浸出行为受到广泛关注，氧化剂的选择在此过程中起关键作用。过氧化物、次氯盐、过硫酸盐、Fe3＋作为氧化剂，在硫化矿物氧化浸出过程的应用已有一定的研究。刘春侠等［5］采用过硫酸钠为氧化剂，从钴镍渣中回收钴，在最佳试验条件下，得到钴质量分数为18．04％的富钴渣（原钴渣质量分数为0．41％）。赵玲玲［6］等考察了不同氧化剂对氰化法浸出金、银的影响，研究表明，BaO2比其他氧化剂更能促进金和银的溶解。廖元双［7］等研究H2O2为氧化剂对黄铁矿氰化浸出金的影响，浸出12h，金浸出率达94％。GKHA等［8］采用氯酸钠为氧化剂，在盐酸溶液中从闪锌矿精矿中提取锌，结果表明，锌的溶解可以通过具有表面化学反应的收缩核模型来表示，溶解反应的活化能为41．1kJ／mol。AYDOGAN等［9］研究闪锌矿精矿在FeCl3－HCl体系中的浸出行为，结果表明，化学反应为速控步骤。本文选择BaO2、Na2S2O8为氧化剂，在NH3－（NH4）2SO4体系中研究氧化剂对闪锌矿氧化氨浸行为的影响。

1试验

1．1试验原料ZnS精矿购于湖南某公司，将ZnS精矿研磨成不同尺寸颗粒（0．037～0．172mm）。采用X射线荧光光谱（XRF）和化学分析方法对ZnS精矿的化学成分和矿物成分进行分析，ZnS精矿的XRF分析结果（质量分数，％）：Zn43．23、S21．59、Fe6．78、Pb15．08、O7．58、Mg0．12、Al0．71、Si1．04、K0．16、Ca3．30、Cd0．40。锌的物相分析结果（质量分数，％）：硫酸锌0．02、氧化锌0．19、闪锌矿33．20、锌铁尖晶石9．00、其他0．82。

1．2试验方法采用GSH－2L高压反应釜为反应器，试验条件：温度110℃、常压、总氨浓度4mol／L、［NH3］／［NH＋4］＝5／3、转速500r／min、液固比25、粒度0．063mm、浸出时间4h。在一定的时间间隔内，取出适量的浸出浆样品，离心分离得澄清的浸出液。采用EDTA络合滴定法分析浸出液（2．00mL）中的锌含量。同时将浸出渣清洗，烘干进行XRD分析。

2试验结果与讨论

2．1Na2S2O8对锌浸出率的影响从图1可以看出，未添加任何氧化剂时，锌的浸出率非常低，不到5％。当Na2S2O8的质量增加到90g，浸出4h后，锌的浸出率从16．8％增大到28％。再增加Na2S2O8质量，锌的浸出率增加不大，Na2S2O8质量为120g浸出4h后，锌的浸出率为28．4％。由试验结果可知，在常压条件下，Na2S2O8作氧化剂对促进闪锌矿氧化氨浸的效果不太理想，锌的浸出率比较低。因此，Na2S2O8不适合用于闪锌矿的常压氧化氨浸。这是因为，在常压条件下，Na2S2O8作为氧化剂参与闪锌矿氧化氨浸过程时，Na2S2O8对闪锌矿的氧化速度不够快，使得部分S2O2－8在NH＋4－（NH4）2SO4体系中快速分解生成O2，而且只有部分O2溶于溶液参与氨浸过程。也可能与浸出体系的性质有关。Na2S2O8较少用于氨浸行为研究，Na2S2O8在碱性条件下的氧化机理，尤其是在氨溶液条件下的氧化机理还处在推理阶段，需要用试验来加以验证。肖红霞等［10］在氨水体系中，使用Na2S2O8为氧化剂氧化浸出硫化砷渣中的铜，在总氨浓度4mol／L、35℃、c（NH3）／c（NH＋4）＝1／7、液固比6∶1、浸出时间3h的条件下，铜浸出率为70．74％。BABU等［11］在硫酸介质中，研究过硫酸盐作氧化剂直接浸出锌，优化试验条件后，锌的浸出率可达95％。DENIZ等［12］用过硫酸铵浸出黄铜矿精矿，过硫酸铵分解形成的酸性介质和高的氧压直接浸出黄铜矿，优化条件使铜的浸出率最大化和铁的浸出率最小化，铜和铁的浸出率分别为57．04％和14．7％。从这些研究结果可知，过硫酸盐在酸性浸出体系中可以很好地浸出有价金属，在碱性体系和单独用过硫酸盐浸出的条件下，有价金属的浸出率不高。过硫酸盐在碱性条件下不稳定，其氧化机制需要进一步探讨。

2．2BaO2对锌浸出率的影响当浸出体系中无氧化剂存在时，锌的浸出率较低，浸出4h后锌的浸出率仅为4．3％。随BaO2质量的增加，锌的浸出率增大。当BaO2质量从10g增大到120g，浸出4h后，锌的浸出率从15％增大到80％，此后再增大BaO2的质量，锌的浸出率增加不大。随着反应的进行，锌的浸出率增大，且增大的速率相对稳定，证明BaO2放出氧气的过程缓慢稳定［6］。同时使用O2和BaO2作氧化剂时，与单一添加BaO2作氧化剂时锌的浸出率相差不大，说明与氧气在浸出体系中的扩散有关。随着BaO2质量的增加，未反应的BaO2在体系中增多，使氧气的扩散阻力增大，此时增大氧气的压强并不能明显提高锌的浸出率。刘春霞［13］等在NH3－（NH4）2SO4体系中，采用氧气作为氧化剂研究闪锌矿氧化氨浸行为，试验表明，氧压为0．5MPa、浸出4h时，锌的浸出率为70％。因此，BaO2可以用于闪锌矿的常压氧化氨浸过程。

2．3不同氧化剂条件下浸出渣的XRD分析以Na2S2O8和BaO2为氧化剂，闪锌矿氧化氨浸后浸出渣的XRD。可以看出，硫化锌精矿主要包含ZnS、PbS和FeS2相（a线）。以Na2S2O8为氧化剂时，ZnS、PbS、FeS2相大部分保留在浸出渣中（b线），说明在Na2S2O8氧化作用下，只有少量硫化锌精矿溶解。以BaO2为氧化剂时（c线），ZnS、PbS和FeS2相大部分被溶解浸出，PbS溶解后Pb2＋与SO2－4形成难溶物PbSO4，而含Fe的物相主要以Fe2O3存在，这是因为FeS2相在氧化氨浸过程中也被氧化溶解为Fe3＋，但在NH3－（NH4）2SO4体系中，Fe3＋与OH－形成Fe（OH）3沉淀保留在浸出渣中，最后转化为Fe2O3。

2．4浸出机理由文献知，BaO2在溶液中缓慢且稳定地分解出氧气，氧气可以很好地溶于溶液中，而H2O2、Na2O2分解较快［6］，O2大部分溢出溶液。在闪锌矿氧化氨浸过程中，BaO2缓慢分解产生的氧气充分参与闪锌矿的氧化氨浸过程。结合试验研究和BaO2的分解过程，提出BaO2为氧化剂浸出闪锌矿精矿的机理。

3结论

1）在110℃、总氨浓度4mol／L、［NH3］／［NH＋4］＝5／3、转速500r／min、液固比25、粒度0．063mm、浸出时间4h的条件下，Na2S2O8作氧化剂，锌的浸出率仅达到28．4％；BaO2作氧化剂，锌的浸出率达到82％。Na2S2O8不适合用于闪锌矿的常压氧化氨浸，而BaO2可以实现闪锌矿的常压氧化氨浸。2）BaO2浸出条件下浸出渣中含Pb的物相主要为PbSO4；含Fe的物相主要为Fe2O3。而Na2S2O8浸出条件下，ZnS只有少量溶解。

作者：黄雅玲；尹周澜；丁治英；刘春霞 单位：中南大学